JP7446932B2 - 電力変換装置およびスイッチ装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、例えば、直流電力と三相交流電力とを相互に変換可能な電力変換装置である。この電力変換装置は、三相レグ100U、100V、100Wと、高電位端と、低電位端と、交流端子U、V、Wと、蓄電部Crp、Crnと、DC/DCコンバータ10P、10Nと、制御回路CP、CNと、を備えている。なお、本実施形態の電力変換装置には、高電位端と低電位端との間に直流コンデンサ(図示せず)が電気的に接続され得る。直流コンデンサは、電力変換装置に含まれていてもよく、電力変換装置の外部に取り付けられても構わない。
なお、電力変換装置は、蓄電部Crp、Crnに蓄えられたエネルギーを交流電力に変換して放電させるDC/ACコンバータを、DC/DCコンバータ10P、10Nに替えて備えていてもよい。
DC/DCコンバータ10P、10Nおよび制御回路CP、CNの構成については、後に詳細に説明する。
この例では、制御回路CP、CNは、蓄電部Crp、Crnの電圧値を取得し、蓄電部Crp、Crnの電圧値と指令値との差がゼロとなるように、蓄電部Crp、Crnを放電させる。
ダイオードB2は、絶縁トランスB3の二次側のコイルの高電位側端と高電位側の出力端との間に接続されている。
減算器A1は、外部から入力された指令値から蓄電部Crp、Crnの電圧値を減算した差を演算して出力する。
比較器A3は、ゲイン乗算部A2から出力された積と、キャリア波とを比較して、スイッチング素子B4のゲート信号を生成して出力する。
この例では、制御回路CP、CNは、DC/DCコンバータ10P、10Nから所定の電力が出力されるように蓄電部Crp、Crnを放電させる。
フルブリッジ回路B9は、スイッチング素子として例えばMOSFETを備えている。フルブリッジ回路B9は、例えば一方のレグの上側スイッチング素子と、他方のレグの下側スイッチング素子とを同時にオンオフし、同じレグの上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とが同時にオンしないように制御される。フルブリッジ回路B9は、蓄電部Crp、Crnの直流電圧を単相の交流電圧に変換することができる。
ダイオードブリッジ回路B6は、絶縁トランスB7を介してフルブリッジ回路B9から供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力する。
パルス発生回路A4は、例えばデューティ比50%のパルスをゲート信号として出力する。パルス発生回路A4から出力されたゲート信号は、否定回路B10と、フルブリッジ回路B9の一方のレグの下側スイッチング素子のゲートと、他方のレグの上側スイッチング素子のゲートとに供給される。
各相レグ100U、100V、100Wの上アームと下アームは通常の三相インバータ回路と同様に動作する。
例えば、従来の2レベルインバータでは、スイッチング素子がターンオンするタイミングにて、スイッチング素子に流れる電流が上昇し、スイッチング素子に印加される電圧が降下する。スイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子に印加される電圧によりスイッチング素子にて生じるエネルギーは他の素子にて吸収されることなく熱となり、スイッチング損失となる。
図4は、第2実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、高電位側の蓄電部Crpと、DC/DCコンバータ10Pと、制御回路CPとを備えていない点が上述の第1実施形態と異なっている。このことに伴い、上アームのスイッチ回路101N、101P、101Qの構成と、回生整流回路の構成とが上述の第1実施形態の電力変換装置とは異なる。
以下に、U相の上アームのスイッチ回路101Nの構成について説明する。なお、V相とW相との構成はU相と同様の構成であるため、ここでは説明は省略する。
図5は、第3実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、昇圧型の電力変換器である。
DC/DCコンバータ10Nは、蓄電部Crnに蓄えられたエネルギーを所定電圧に変換して放電させる。DC/DCコンバータ10Nは、例えば、図示しない制御電源や、電力変換装置の直流電源や、その他の回路と接続され得る。
DC/DCコンバータ10Nおよび制御回路CNの構成は、第1実施形態の電力変換装置と同様である。
複数のスイッチ回路SA1-SA4は、リアクトルLAとダイオードDAとの接続点と低電位端との間に、直列に接続されている。
スイッチ回路SA1-SA4は、第1実施形態の電力変換装置の下アームのスイッチ回路102Mと同様の構成である。
なお、本実施形態において、整流デバイスはMOSFETなどに置き換えて同期整流としてもよい。
図6は、第4実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、降圧型の電力変換器である。
DC/DCコンバータ10Pおよび制御回路CPの構成は、第1実施形態の電力変換装置と同様である。
複数のスイッチ回路SB1-SB4は、リアクトルLBとダイオードDBとの接続点と高電位端との間に、直列に接続されている。
スイッチ回路SB1-SB4は、第1実施形態の電力変換装置の上アームのスイッチ回路101Nと同様の構成である。
図7は、第5実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、中性点クランプ(NPC:Neutral Point Clamped)型の電力変換装置である。なお、NPC型の電力変換装置の中間電位端に接続されるデバイスは、整流デバイスであってもよい。
第3アームU3と第4アームU4とは、中間電位端と低電位端との間に直列に接続されている。第4アームU4は、第3アームU3の低電位側に配置されている。
第6アームU6は、出力電位端と、第3アームU3と第4アームU4との接続点との間に接続されている。
スイッチ回路PUIの構成は、上述の第1実施形態の電力変換装置のスイッチ回路101Nと同様の構成である。複数のスイッチ回路101Nは、高電位端と第2アームU2との間において直列に接続されている。
スイッチ回路PXJの構成は、上述の第1実施形態の電力変換装置のスイッチ回路101Nと同様の構成である。複数のスイッチ回路PXJは、第1アームU1と中間電位端との間において直列に接続されている。
スイッチ回路NUKの構成は、上述の第1実施形態の電力変換装置のスイッチ回路102Mと同様の構成である。複数のスイッチ回路NUKは、中間電位端と第4アームU4との間において直列に接続されている。
スイッチ回路NXHの構成は、上述の第1実施形態の電力変換装置のスイッチ回路102Mと同様の構成である。複数のスイッチ回路NXHは、第3アームU3と、低電位端との間において直列に接続されている。
スイッチ回路PCEの構成は、上述の第1実施形態の電力変換装置のスイッチ回路102Mと同様の構成である。複数のスイッチ回路PCEは、第1アームU1と第2アームU2との接続点と、出力電位端との間において直列に接続されている。
スイッチ回路NCFの構成は、上述の第2実施形態の電力変換装置のスイッチ回路101Nと同様の構成である。複数のスイッチ回路NCFは、出力電位端と、第3アームU3と第4アームU4との接続点との間において直列に接続されている。
複数の回生整流ダイオード6PXJは、蓄電部Crpの他端とスイッチ回路PXjのスナバ端子との間において、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、互いに直列に接続されている。回生整流ダイオード6PXJそれぞれのアノードは、スイッチ回路PXJのスナバ端子および低電位側にて隣接する回生整流ダイオード6PXJのカソードと電気的に接続されている。例えば、回生整流ダイオード6PX2のアノードは、スイッチ回路PX2のスナバ端子および回生整流ダイオード6PX1のカソードと電気的に接続されている。回生整流ダイオード6PX1のアノードは、スイッチ回路PX1のスナバ端子と電気的に接続されている。最も高電位側に配置される回生整流ダイオード6PXJ(J=1)のカソードは、蓄電部Crpの他端と電気的に接続されている。
複数の回生整流ダイオード6NCFは、蓄電部Crpの他端とスイッチ回路NCfのスナバ端子との間において、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、互いに直列に接続されている。回生整流ダイオード6NCFそれぞれのアノードは、スイッチ回路NCFのスナバ端子および低電位側にて隣接する回生整流ダイオード6NCFのカソードと電気的に接続されている。例えば、回生整流ダイオード6NC2のアノードは、スイッチ回路NC2のスナバ端子および回生整流ダイオード6NC1のカソードと電気的に接続されている。回生整流ダイオード6NC1のアノードは、スイッチ回路NC1のスナバ端子と電気的に接続されている。最も高電位側に配置される回生整流ダイオード6NCF(F=1)のカソードは、蓄電部Crpの他端と電気的に接続されている。
抵抗器5NXHは、一端において、ダイオード4NXHとコンデンサ3NXHとに直列に接続されている。抵抗器5NXHの他端は、低電位側に接続されたスイッチ回路NXHのコンデンサ3NXHと抵抗器5NXHとが直列に接続された回路と、回生整流ダイオード6NXHを介して電気的に接続される。最も高電位側に配置されたスイッチ回路NXHの抵抗器5NXH(H=1)の他端は、回生整流ダイオード6NNを介して蓄電部Crnの他端と電気的に接続されている。最も低電位側に配置されたスイッチ回路NXHの抵抗器5NXH(H=h)の他端は、回生整流ダイオード6NXHを介して蓄電部Crnnの他端と電気的に接続されている。
複数の回生整流ダイオード6NUKは、蓄電部Crnの他端とスイッチ回路NUkのスナバ端子との間において、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、互いに直列に接続されている。回生整流ダイオード6NUKそれぞれのカソードは、スイッチ回路NUKのスナバ端子および高電位側にて隣接する回生整流ダイオード6NUKのカソードと電気的に接続されている。例えば、回生整流ダイオード6NU1のカソードは、スイッチ回路NU1のスナバ端子および回生整流ダイオード6PX2のアノードと電気的に接続されている。回生整流ダイオード6PXhのカソードは、スイッチ回路NUhのスナバ端子と電気的に接続されている。最も低電位側に配置される回生整流ダイオード6NUK(K=1)のアノードは、蓄電部Crnの他端と電気的に接続されている。
複数の回生整流ダイオード6PCEは、蓄電部Crnの他端とスイッチ回路PCeのスナバ端子との間において、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、互いに直列に接続されている。回生整流ダイオード6PCEそれぞれのカソードは、スイッチ回路PCEのスナバ端子および高電位側にて隣接する回生整流ダイオード6PCEのアノードと電気的に接続されている。例えば、回生整流ダイオード6PC1のカソードは、スイッチ回路PC1のスナバ端子および回生整流ダイオード6PC2のアノードと電気的に接続されている。回生整流ダイオード6PCeのカソードは、スイッチ回路PCeのスナバ端子と電気的に接続されている。最も低電位側に配置される回生整流ダイオード6PCE(E=1)のアノードは、蓄電部Crnの他端と電気的に接続されている。
DC/DCコンバータ10P、10Nおよび制御回路CP、CNの構成は、第1実施形態の電力変換装置と同様である。
図8は、第5実施形態の電力変換装置の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。
ここでは、第1乃至第6アームU1-U6のスイッチングタイミングの一例を示しているが、実際に必要なデッドタイム時間は図示していない。また、同一アームの複数のスイッチング素子は時間間隔を置いて順次オンまたはオフされるが、図8では、個々のスイッチング素子のスイッチングタイミングを図示せずに、アームのスイッチングタイミングを示している。
図9は、第6実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、三相インバータ回路の高電位端および低電位端のそれぞれに、複数のスイッチ回路を直列接続して構成される。
三相インバータ回路は、4ステップのコモンモード電圧を出力することができる。直流電圧をVDCとし、直流電圧VDCの中間電位を仮想中性点とすると、三相インバータ回路の各レグの出力電圧は、+VDC/2と、-VDC/2となる。コモンモード電圧は、三相インバータ回路の各レグの出力電圧の合計の1/3となり、各レグの出力状態によって、-VDC/2、-VDC/6、+VDC/6、+VDC/2の4ステップの電圧となる。このうち、+VDC/2と-VDC/2となる場合の各レグの出力電圧は、全て+VDC/2、もしくは、-VDC/2である。このときの三相インバータ回路の出力電圧は各相打ち消しあい、出力電圧は全てゼロとなる。
ここでは、三相インバータ回路のスイッチング素子と、Pスイッチ回路と、Nスイッチ回路とのスイッチングタイミングの一例を示している。なお、実際に必要なデッドタイム時間は図示していない。また、図10では、ゼロ電圧スイッチング(ZVS:Zero Voltage Switching)を行うタイミングを示している。
信号U0、V0、W0は、三相インバータ回路のスイッチング素子SU-SZのゲート信号の元となる信号である。信号X0、Y0、Z0(図示せず)は、信号U0、V0、W0を反転した信号である。
図12は、第7実施形態のスイッチ装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態のスイッチ装置は、逆直列に接続された2つのスイッチ回路を含む双方向スイッチ回路である。
t個の回生整流ダイオード6NTは、第2端側から第1端側へ向かう方向を順方向として、スイッチ回路NTのスナバ端子と第1端側の蓄電部Crmの他端との間にそれぞれ接続されている。換言すると、スイッチ回路NTのスナバ端子は、回生整流ダイオード6NTのアノードと電気的に接続されている。蓄電部Crmの他端は、複数の回生整流ダイオード6NTのカソードと電気的に接続されている。
DC/DCコンバータ10P、10Nおよび制御回路CP、CNの構成は、第1実施形態の電力変換装置と同様である。
図13は、第8実施形態のスイッチ装置の一構成例を概略的に示す図である。
スイッチ回路NTは、スイッチング素子1NTと、コンデンサ3NTと、ダイオード4NTと、を備えている。スイッチング素子1NTは、例えばMOSFETである。
複数のスイッチ回路PSは、スイッチング素子1PSのドレインを第2端側とし、ソースを第1端側として、互いに直列に接続されている。最も第2端側に接続されたスイッチ回路PSのスイッチング素子1PS(S=s)は、ドレインにて、スイッチ回路NTのスイッチング素子1NT(T=t)のドレインおよび蓄電部Crmの一端と電気的に接続されている。最も第1端側に接続されたスイッチ回路PSのスイッチング素子1PS(S=1)は、ソースにて第1端と電気的に接続されている。
t個の回生整流ダイオード6NTは、第2端側から第1端側へ向かう方向を順方向として、スイッチ回路NTのスナバ端子と蓄電部Crmの他端との間にそれぞれ接続されている。換言すると、スイッチ回路NTのスナバ端子は、回生整流ダイオード6NTのアノードと電気的に接続されている。蓄電部Crmの他端は、複数の回生整流ダイオード6NTのカソードと電気的に接続されている。
図14は、第9実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、例えば第7実施形態のスイッチ装置を9つ用いた交流交流変換器(マトリックスコンバータ)である。
図15および図16は、第10実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
[付記1]
高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記高電位端に一端が電気的に接続された第1蓄電部と、
前記低電位端に一端が電気的に接続された第2蓄電部と、
前記第1蓄電部の他端に接続された第1回生整流回路と、
前記第2蓄電部の他端に接続された第2回生整流回路と、
前記第1蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第1変換回路と、
前記第2蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第2変換回路と、を備え、
前記上アームは、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記下アームは、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのアノードと前記第2スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記第1回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記上アームの前記第1コンデンサの高電位側端と、前記第1蓄電部の他端とを接続し、
前記第2回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記下アームの前記第2コンデンサの低電位側端と、前記第2蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。
[付記2]
高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記高電位端に一端が電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記上アームおよび前記下アームの各々は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソードと前記スイッチング素子の低電位側端との間に接続されたコンデンサと、を備えたスイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記上アームおよび前記下アームの前記コンデンサの高電位側端と、前記蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。
[付記3]
高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記低電位端に一端が電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記上アームおよび下アームの各々は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのアノードと前記スイッチング素子の高電位側端との間に接続されたコンデンサと、を備えたスイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記上アームおよび下アームの前記コンデンサの低電位側端と、前記蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。
[付記4]
高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記上アームと前記下アームとの接続点に接続されたリアクトルと、
前記低電位端に一端が電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記上アームは、前記低電位端から前記高電位端に向かう方向を順方向とした第3ダイオードを備え、
前記下アームは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのアノードと前記スイッチング素子の高電位側端との間に接続されたコンデンサと、を備えたスイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記下アームの前記コンデンサの低電位側端と、前記蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。
[付記5]
高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記上アームと前記下アームとの接続点に接続されたリアクトルと、
前記高電位端に一端が電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記上アームは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソードと前記スイッチング素子の低電位側端との間に接続されたコンデンサと、を備えたスイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記下アームは、前記低電位端から前記高電位端に向かう方向を順方向とした第4ダイオードを備え、
前記回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記上アームの前記コンデンサの高電位側端と、前記蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。
[付記6]
高電位端と中間電位端との間に接続された第1アームおよび第2アームと、
前記中間電位端と低電位端との間に接続された第3アームおよび第4アームと、
前記第1アームと前記第2アームとの接続点と出力電位端との間に接続された第5アームと、
前記第3アームと前記第4アームとの接続点と前記出力電位端との間に接続された第6アームと、
前記高電位端に一端が接続された第1蓄電部と、
前記低電位端に一端が接続された第2蓄電部と、
前記第1アーム、前記第2アーム、および、前記第6アームのスイッチングにより生じるエネルギーの少なくとも一部を前記第1蓄電部へ回生させる高電位側回生整流回路と、
前記第3アーム、前記第4アーム、および、前記第5アームのスイッチングにより生じるエネルギーの少なくとも一部を前記第2蓄電部へ回生させる低電位側回生整流回路と、
前記第1蓄電部および前記第2蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記第1アーム、前記第2アーム、および、前記第6アームのそれぞれは、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記第3アーム、前記第4アーム、および、前記第5アームは、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのアノードと前記第2スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記高電位側回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記第1コンデンサの高電位側端と、前記第1蓄電部の他端とを接続し、
前記低電位側回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記第2コンデンサの低電位側端と、前記第2蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。[付記7]
インバータ回路と、
前記インバータ回路の高電位側の直流端と高電位端との間に接続されたPスイッチ回路と、
前記インバータ回路の低電位側の直流端と低電位端との間に接続されたNスイッチ回路と、
前記高電位端に一端が接続された第1蓄電部と、
前記低電位端に一端が接続された第2蓄電部と、
前記第1蓄電部の他端に接続された第1回生整流回路と、
前記第2蓄電部の他端に接続された第2回生整流回路と、
前記第1蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第1変換回路と、
前記第2蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第2変換回路と、を備え、
前記Pスイッチ回路は、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の前記高電位端側の端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の前記直流端側の端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記Nスイッチ回路は、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の前記低電位端側の端にカソードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのアノードと前記第2スイッチング素子の前記直流端側の端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記第1回生整流回路は、前記高電位側の直流端から前記高電位端へ向かう方向を順方向として、前記第1コンデンサの高電位側端と、前記第1蓄電部の他端とを接続し、
前記第2回生整流回路は、前記低電位側の直流端から前記低電位端へ向かう方向を順方向として、前記第2コンデンサの低電位側端と、前記第2蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。
[付記8]
第1端と第2端との間において互いに逆直列された2つのスイッチ回路と、
前記第1端に一端が接続された第1蓄電部と、
前記第2端に一端が接続された第2蓄電部と、
前記第1蓄電部の他端に接続された第1回生整流回路と、
前記第2蓄電部の他端に接続された第2回生整流回路と、
前記第1蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第1変換回路と、
前記第2蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第2変換回路と、を備え、
一方の前記スイッチ回路は、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の前記第1端側の端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の前記第2端側の端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
他方の前記スイッチ回路は、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の前記第2端側の端にアノードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子の前記第1端側の端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記第1回生整流回路は、前記第2端から前記第1端へ向かう方向を順方向として、前記第1コンデンサの前記第1端側の端と、前記第1蓄電部の他端とを接続し、
前記第2回生整流回路は、前記第1端から前記第2端へ向かう方向を順方向として、前記第2コンデンサの前記第2端側の端と、前記第2蓄電部の他端とを接続する、スイッチ装置。
[付記9]
第1端と第2端との間において互いに逆直列された2つのスイッチ回路と、
2つの前記スイッチ回路の接続点に一端が接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
一方の前記スイッチ回路は、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の前記第1端側の端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の前記第2端側の端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
他方の前記スイッチ回路は、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の前記第2端側の端にアノードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子の前記第1端側の端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記回生整流回路は、前記第2端から前記第1端へ向かう方向を順方向として、前記第1コンデンサの前記第1端側の端と、前記蓄電部の他端とを接続するとともに、前記第1端から前記第2端へ向かう方向を順方向として、前記第2コンデンサの前記第2端側の端と、前記蓄電部の他端とを接続する、スイッチ装置。
[付記10]
[付記1]記載の電力変換装置と、
[付記8]記載のスイッチ装置と、を備え、
前記スイッチ装置は、前記第2端において前記電力変換装置の前記上アームと前記下アームとの接続点と電気的に接続している、電力変換装置。
[付記11]
三相交流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であって、
一方の3相交流端子と他方の3相交流端子との間に接続される[付記7]記載のスイッチ装置を9つ備え、
前記第1蓄電部は、共通の一方の交流端子に接続される3つの前記スイッチ装置に共通であり、
前記第2蓄電部は、共通の他方の交流端子に接続される3つの前記スイッチ装置に共通である、電力変換装置。
3A1-3A4、3B1-3B4、3NCF、3NT、3NUK、3NXH、3PCE、3PS、3PUI、3PXJ、3UN、3VP、3WQ、3XM、3YO、3ZR…コンデンサ
4A1-4A4、4B1-4B4、4NCF、4NT、4NUK、4NXH、4PCE、4PS、4PUI、4PXJ、4UN、4XM…ダイオード
5A1-5A4、5B1-5B4、5NCF、5NT、5NUK、5NXH、5PCE、5PS、5PUI、5PXJ、5UN、5XM…抵抗器
6A1-6A4、6B1-6B4、6NC1、6NC2、6NCF、6NN、6NT、6NUK、6NXH、6PCE、6PP、6PS、6PUI、6PXJ、6UN、6XM…回生整流ダイオード
10、10N、10P、10R、10S、10T、10U、10V、10W…DC/DCコンバータ
100U…U相レグ、100V…V相レグ、100W…W相レグ、
101N、101P、101Q、102M、102O、102R、SA1-SA4、SB1-SB4、NCF、NT、NUK、NXH、PCE、PS、PUI、PXJ…スイッチ回路
A1…減算器、A2…ゲイン乗算部、A3…比較器、A4…パルス発生回路、B1…コンデンサ、B10…否定回路、B2…ダイオード、B3…絶縁トランス、B4…スイッチング素子、B5…コンデンサ、B6…ダイオードブリッジ回路、B7…絶縁トランス、B8…コンデンサ、B9…フルブリッジ回路、SU-SZ…スイッチング素子、U1-U6…アーム
Claims (11)
- 高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記高電位端に一端が電気的に接続された第1蓄電部と、
前記低電位端に一端が電気的に接続された第2蓄電部と、
前記第1蓄電部の他端に接続された第1回生整流回路と、
前記第2蓄電部の他端に接続された第2回生整流回路と、
前記第1蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第1変換回路と、
前記第2蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第2変換回路と、を備え、
前記上アームは、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、複数直列に接続して構成され、
前記下アームは、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのアノードと前記第2スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、複数直列に接続して構成され、
前記第1回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記上アームの前記第1コンデンサの高電位側端と、前記第1蓄電部の他端とを接続し、
前記第2回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記下アームの前記第2コンデンサの低電位側端と、前記第2蓄電部の他端とを接続し、
直列に接続された複数の前記第1スイッチ回路の前記第1スイッチング素子は、同時にスイッチングしないように所定時間置いて順次スイッチングするように制御され、
直列に接続された複数の前記第2スイッチ回路の前記第2スイッチング素子は、同時にスイッチングしないように所定時間置いて順次スイッチングするように制御される、電力変換装置。 - 高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記高電位端に一端が電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記上アームおよび前記下アームの各々は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソードと前記スイッチング素子の低電位側端との間に接続されたコンデンサと、を備えたスイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記上アームおよび前記下アームの前記コンデンサの高電位側端と、前記蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。 - 高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記低電位端に一端が電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記上アームおよび下アームの各々は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのアノードと前記スイッチング素子の高電位側端との間に接続されたコンデンサと、を備えたスイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記上アームおよび下アームの前記コンデンサの低電位側端と、前記蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。 - 高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記上アームと前記下アームとの接続点に接続されたリアクトルと、
前記低電位端に一端が電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記上アームは、前記低電位端から前記高電位端に向かう方向を順方向とした第3ダイオードを備え、
前記下アームは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのアノードと前記スイッチング素子の高電位側端との間に接続されたコンデンサと、を備えたスイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記下アームの前記コンデンサの低電位側端と、前記蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。 - 高電位端と低電位端との間に接続された上アームおよび下アームと、
前記上アームと前記下アームとの接続点に接続されたリアクトルと、
前記高電位端に一端が電気的に接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記上アームは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソードと前記スイッチング素子の低電位側端との間に接続されたコンデンサと、を備えたスイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記下アームは、前記低電位端から前記高電位端に向かう方向を順方向とした第4ダイオードを備え、
前記回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記上アームの前記コンデンサの高電位側端と、前記蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。 - 高電位端と中間電位端との間に接続された第1アームおよび第2アームと、
前記中間電位端と低電位端との間に接続された第3アームおよび第4アームと、
前記第1アームと前記第2アームとの接続点と出力電位端との間に接続された第5アームと、
前記第3アームと前記第4アームとの接続点と前記出力電位端との間に接続された第6アームと、
前記高電位端に一端が接続された第1蓄電部と、
前記低電位端に一端が接続された第2蓄電部と、
前記第1アーム、前記第2アーム、および、前記第6アームのスイッチングにより生じるエネルギーの少なくとも一部を前記第1蓄電部へ回生させる高電位側回生整流回路と、
前記第3アーム、前記第4アーム、および、前記第5アームのスイッチングにより生じるエネルギーの少なくとも一部を前記第2蓄電部へ回生させる低電位側回生整流回路と、
前記第1蓄電部および前記第2蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
前記第1アーム、前記第2アーム、および、前記第6アームのそれぞれは、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記第3アーム、前記第4アーム、および、前記第5アームは、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのアノードと前記第2スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記高電位側回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記第1コンデンサの高電位側端と、前記第1蓄電部の他端とを接続し、
前記低電位側回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、前記第2コンデンサの低電位側端と、前記第2蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。 - インバータ回路と、
前記インバータ回路の高電位側の直流端と高電位端との間に接続されたPスイッチ回路と、
前記インバータ回路の低電位側の直流端と低電位端との間に接続されたNスイッチ回路と、
前記高電位端に一端が接続された第1蓄電部と、
前記低電位端に一端が接続された第2蓄電部と、
前記第1蓄電部の他端に接続された第1回生整流回路と、
前記第2蓄電部の他端に接続された第2回生整流回路と、
前記第1蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第1変換回路と、
前記第2蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第2変換回路と、を備え、
前記Pスイッチ回路は、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の前記高電位端側の端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の前記直流端側の端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記Nスイッチ回路は、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の前記低電位端側の端にカソードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのアノードと前記第2スイッチング素子の前記直流端側の端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記第1回生整流回路は、前記高電位側の直流端から前記高電位端へ向かう方向を順方向として、前記第1コンデンサの高電位側端と、前記第1蓄電部の他端とを接続し、
前記第2回生整流回路は、前記低電位側の直流端から前記低電位端へ向かう方向を順方向として、前記第2コンデンサの低電位側端と、前記第2蓄電部の他端とを接続する、電力変換装置。 - 第1端と第2端との間において互いに逆直列された2つのスイッチ回路と、
前記第1端に一端が接続された第1蓄電部と、
前記第2端に一端が接続された第2蓄電部と、
前記第1蓄電部の他端に接続された第1回生整流回路と、
前記第2蓄電部の他端に接続された第2回生整流回路と、
前記第1蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第1変換回路と、
前記第2蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる第2変換回路と、を備え、
一方の前記スイッチ回路は、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の前記第1端側の端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の前記第2端側の端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
他方の前記スイッチ回路は、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の前記第2端側の端にアノードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子の前記第1端側の端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記第1回生整流回路は、前記第2端から前記第1端へ向かう方向を順方向として、前記第1コンデンサの前記第1端側の端と、前記第1蓄電部の他端とを接続し、
前記第2回生整流回路は、前記第1端から前記第2端へ向かう方向を順方向として、前記第2コンデンサの前記第2端側の端と、前記第2蓄電部の他端とを接続する、スイッチ装置。 - 第1端と第2端との間において互いに逆直列された2つのスイッチ回路と、
2つの前記スイッチ回路の接続点に一端が接続された蓄電部と、
前記蓄電部の他端に接続された回生整流回路と、
前記蓄電部に蓄えられたエネルギーを放電させる変換回路と、を備え、
一方の前記スイッチ回路は、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の前記第1端側の端にアノードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードと前記第1スイッチング素子の前記第2端側の端との間に接続された第1コンデンサと、を備えた第1スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
他方の前記スイッチ回路は、第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子の前記第2端側の端にアノードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子の前記第1端側の端との間に接続された第2コンデンサと、を備えた第2スイッチ回路を、一または複数直列に接続して構成され、
前記回生整流回路は、前記第2端から前記第1端へ向かう方向を順方向として、前記第1コンデンサの前記第1端側の端と、前記蓄電部の他端とを接続するとともに、前記第1端から前記第2端へ向かう方向を順方向として、前記第2コンデンサの前記第2端側の端と、前記蓄電部の他端とを接続する、スイッチ装置。 - 請求項1記載の電力変換装置と、
請求項9記載のスイッチ装置と、を備え、
前記スイッチ装置は、前記第2端において前記電力変換装置の前記上アームと前記下アームとの接続点と電気的に接続している、電力変換装置。 - 三相交流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であって、
一方の3相交流端子と他方の3相交流端子との間に接続される請求項8記載のスイッチ装置を9つ備え、
前記第1蓄電部は、共通の一方の交流端子に接続される3つの前記スイッチ装置に共通であり、
前記第2蓄電部は、共通の他方の交流端子に接続される3つの前記スイッチ装置に共通である、電力変換装置。
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